食品塑料包装中纳米碳酸钙的特性范文

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《包装与食品机械杂志》2015年第一期

1试验过程

取表面积S为160cm2的样品，按每cm2加1mL食品模拟液，将样品全浸泡于容器内，即浸泡液体积V为160mL。试验分别采用饮用纯净水、4%乙酸液、20%乙醇和正己烷作为模拟液，在20℃，40℃和70℃水浴锅中浸泡，浸泡时间分别为0．5h，1h，2h，4h和6h。后移取50mL浸泡液，蒸干，用1mL硝酸消解残渣，后用饮用纯净水定容至50mL，用火焰原子吸收法测定消解液中钙浓度(C:mg/L)，原子吸收光谱仪工作条件见表1。钙的迁移量W按下式计算。

2试验结果与讨论

2．1纳米碳酸钙分布形态

对纳米碳酸钙保鲜盒进行切割，表面去毛刺，然后利用扫描电镜观察纳米碳酸钙在其中的形态分布，结果发现颗粒常以团聚物形态存在，如图1，产品中纳米颗粒的粒径基本处于10μm级，远远高于纳米碳酸钙原料60nm水平，且极不均匀。分析认为造成颗粒团聚的主要原因是纳米颗粒比表面积大，表面能高，处于能量的不稳定状态，极易通过团聚达到稳定状态，团聚消弱了纳米颗粒填充的增强作用［8］。要得到分散性好、粒径小的填充状态，必须削弱或减小纳米作用能。目前一般采取机械分散法，即通过机械力把颗粒聚团打散，或者通过加入分散剂、干燥处理等方式。另外成分对纳米颗粒的团聚也有一定影响，成分越均匀，纯度越高，团聚的趋势越低。如图2、图3所示，纳米碳酸钙颗粒中镁、铝、硅等杂质，进一步加剧了颗粒团聚趋势。

2．2迁移特性分析

由图4可以看出，在相同温度下，随着浸泡时间延长迁移量有所增加，相同浸泡时间下，浸泡温度升高，迁移量增大。分析认为:纳米碳酸钙填料分散在塑料制品中，两者之间没有紧密的化学结合键，高温、长时间浸泡消弱了两者之间结合力，导致碳酸钙向模拟物迁移趋势增大。图5是纳米碳酸钙在20%乙醇浸泡液中的迁移情况。在相同温度下，随着浸泡时间延长，迁移量缓慢增大，浸泡温度升高，迁移量明显增大。分析认为:温度升高使得乙醇浸泡液浓度升高，乙醇对PP的溶胀作用增强，导致碳酸钙颗粒与塑料之间的结合力减弱，颗粒更易于迁移。纳米碳酸钙在正己烷中的迁移特性与在20%乙醇中类似，如图6所示。浸泡温度偏高时，时间对迁移量的影响较为显著。由图7可见，迁移量随浸泡温度、浸泡时间的增大而增大，但浸泡时间对迁移量的影响较为显著。分析认为:碳酸钙颗粒易溶解于乙酸，属于化学反应，并随着温度升高，时间延长，该溶解反应加剧，表现为迁移量不断增大。由图8可见，在相同温度和时间条件下，4种模拟物中纳米碳酸钙迁移量大小依次为:4%乙酸＞正己烷＞20%乙醇＞水，即酸性食物＞油性食物＞酒类食物＞水性食物。4%乙酸本身对无机填料有溶解作用，且随着温度升高，酸溶反应会更快，所以碳酸钙在酸性模拟物中浓度远远高于其它模拟物;另外根据相似相溶原理，正己烷作为油性模拟物，是有机非极性物质，聚丙烯也为有机非极性材质，两者之间存在溶胀作用，聚丙烯在正己烷溶液中溶胀后，包裹其中的纳米碳酸钙颗粒被释放出来，因此正己烷模拟液中迁移量相对较高。虽然酒精也属于有机物质，但与水一样属于极性物质，碳酸钙溶解能力相对较小。纳米碳酸钙在溶胀或溶解同时，也存在扩散行为，根据扩散的菲克理论，扩散量与温度、时间成正方向关系。

3结束语

综上所述，纳米碳酸钙填料在食品包装产品中易发生团聚，导致纳米颗粒的分散性差;纳米碳酸钙在水性、油性、酸性及酒精类模拟物中均有迁移，并随着温度升高，浸泡时间增大而增大，但迁移特性有所不同，纳米碳酸钙在酸性模拟物中呈现最大迁移量。

作者：曹国洲刘在美肖道清单位：宁波检验检疫科学技术研究院